博碩士論文 90322026 詳細資訊




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姓名 蕭峻銘(Chun-Ming Hsiao)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 921地震霧峰、員林、大村、社頭地區液化災損及復舊調查之研究
(The Study of 921 Chi-Chi earthquake liquefied damage and remediation in Wufeng, Yuan-Lin, Shetou and Dacun Township.)
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摘要(中) 921集集地震芮氏規模M 達7.3 (M = 7.6),同時為淺源地震兼具延時長的特性,造成中部縣市許多液化災損。本研究針對大村鄉、社頭鄉、霧峰鄉的建物因液化造成的災損及復舊進行調查並結合溫惠鈺(2002)在員林鎮所作的調查,做一完整的分析與討論。本研究蒐集大村鄉、社頭鄉、霧峰鄉地區和員林鎮之地質調查資料,根據簡易的液化評估經驗法,分析土層在不同的受震作用之下,液化潛能指數的高低,並利用地理資訊系統來展示與分析液化調查及分析的結果,探討研究區域液化的危險程度。
在調查方面,將問卷加以改良,並有效率地將其細分項目,以便做參數相關性研究能更加清楚明確,問卷內容著重在復舊方式及價錢之調查,同時也針對現地之液化表徵現象的判斷做一嚴格之篩選。
液化研究分析方面,利用4種SPT-N簡易土壤液化潛能評估法、土壤液化潛能指數分析法及簡易震陷量評估法之VB程式以及2種CPT-q 液化評估法來對研究區域的土壤液化特性作相關研究,同時並分析地質環境、舊河道等,對液化所造成的影響。
以台灣本土的液化案例得出覆土層厚度與液化層厚度對於不同加速度所得之關係曲線,並與Ishihara(1993)研究之建議曲線做一比較。研究結果也顯示出各項建物參數與沈陷量等液化分析結果的關係曲線,以供未來在類似的液化條件下,建物可能造成的損害及復舊方式做一完整性的參考依據。
摘要(英) The Richter magnitude(ML) of Taiwan’s 921 Chi-Chi earthquake reached 7.3 (M = 7.6), which caused a lot of liquefied damage in central provinces in Taiwan. This study analyzes the damaged buildings caused by liquefaction and discusses the remediation strategies in Wufeng Township, Shetou Township and Dacun Township. Utilizing simplified soil liquefaction assessment methods, we evaluate the potential for liquefaction by assembling geological data sets of Wufeng Township, Shetou Township, Dacun Township and Yuan-Lin Township to analyze the index for potential liquefaction. We further use the GIS to display the results of liquefaction analysis and field investigations.
During our investigations, we reconstruct the questionnaires and organize it so that we can efficiently study the relative parameters more clearly. The questionnaires are geared toward measuring remediation solutions and the cost of damaged buildings. At the same time, it also evaluates the current appearance of field liquefaction.
In the analysis of liquefaction, we use different simplified method of soil liquefaction assessments developed by Chung-Jung Lee (2001) and the liquefaction analysis program CPT-q method to study the liquefaction properties of soils in the regions of our study and analyze the effects of liquefaction in geological environments, such as old rivers and the like.
By way of the different liquefaction cases in Taiwan, a relative curve for different accelerations is derived by the thickness of liquefied and non-liquefied layers. The results are compared with Ishihara’s results (1993). The results of this study also present relative curves of various building parameters and settlements. These findings are important for residents and/or governments that may face similar situations in the future. In other words, our findings from the relative curves are critical in predicting possible liquefaction damages and help remediate the damages more efficiently.
關鍵字(中) ★ 液化分析
★ 地理資訊系統
★ 液化層厚度
★ 復舊調查
關鍵字(英) ★ thickness of liquefied layers
★ liquefaction analysis
★ GIS
★ remediation
論文目次 中文摘要………………………………………………………… I
英文摘要………………………………………………………… II
目 錄………………………………………………………… III
表 目 錄………………………………………………………… V
圖 目 錄………………………………………………………… VII
第一章 緒論……………………………………………… 1
1.1 前言…………………………………………………… 1
1.2 研究目的……………………………………………… 2
1.3 研究步驟……………………………………………… 3
1.4 研究範圍及成果……………………………………… 4
1.5 研究內容架構………………………………………… 5
第二章 文獻回顧………………………………………… 6
2.1 影響土層液化之因素………………………………… 6
2.2 現地試驗液化潛能評估法…………………………… 9
2.2.1 SPT-N 液化潛能評估法……………………………… 10
2.2.2 CPT-q 液化潛能評估法……………………………… 18
2.3 地震引致液化沉陷評估分析…………………………… 23
2.3.1 Tokimatsu and Seed (1987)評估法 ……………… 23
2.3.2 Ishihara and Yoshimine(1992)評估法…………… 24
2.4 簡易液化危害分析……………………………………… 24
第三章 地質與液化災害概述……………………………… 26
3.1 地層概述………………………………………………… 26
3.2 地形概述………………………………………………… 28
3.3 鑽探調查………………………………………………… 29
3.4 土壤液化現象及災害…………………………………… 31
3.4.1 霧峰地區液化現象及災害…………………………… 32
3.4.2 員林、大村、社頭地區液化現象及災害…………… 33
第四章 液化分析…………………………………………… 36
4.1 鑽探資料來源…………………………………………… 36
4.2鑽孔位置…………………………………………………… 37
4.3資料庫建置………………………………………………… 37
4.4液化分析程式……………………………………………… 37
4.5 液化分析結果……………………………………………… 39
4.5.1地理資訊系統之應用………………………………… 39
4.5.2 SPT簡易法液化分析結果…………………………… 39
4.5.3 CPT法液化分析結果………………………………… 47
4.5.4液化潛能圖…………………………………………… 49
4.5.5 Inverse Distance Weighted (IDW) Interpolations法介紹 50
4.5.6 GIS之展示…………………………………………… 51
4.6液化層與覆土層厚度…………………………………… 52
4.6.1 液化層與覆土層厚度之評估方法…………………… 52
4.6.2 液化層與覆土層厚度之分析結果…………… 56
4.7 影響液化結果之因素…………………………………… 62
4.8.1 細粒料含量之影響…………………………………… 62
4.8.2地下水位的影響………………………………………… 65
第五章 液化災損復舊調查與統計分析………………… 66
5.1 復舊調查………………………………………………… 66
5.2復舊調查資料庫…………………………………………… 69
5.3訪問調查統計……………………………………………… 70
5.4沈陷量與各參數之關係…………………………………… 72
5.5建築物復舊處置…………………………………………… 78
第六章 結論與建議…………………………………… 80
6.1 結論…………………………………………………………… 81
6.2 建議…………………..…………………………………………. 84
參考文獻……………………………………………………………. 86
表目錄 頁次
表 2-1 土壤液化之相關調查評估報告…………………………… 91
表 2-2 SPT 傳遞能量百分比(Seed et al., 1985)…………………... 93
表 2-3 地震規模與液化強度關係係數表(Seed et al., 1985)……... 93
表 2-4 建議值(吳偉特,1997)…………………………………. 94
表2-5 與土壤種類關係表…………………………………….…. 94
表 2-6 不同地震規模對砂土層反覆剪應力比之影響修正………. 95
表 2-7 地震規模對乾砂體積應變的影響…………………………. 95
表 3-1 員林鎮土層分佈狀況表(林家賢, 2001)….………………... 96
表 3-2 大村鄉土層分佈狀況表(林家賢, 2001)……….…………... 97
表 3-3 社頭鄉土層分佈狀況表(林家賢, 2001)…………………… 98
表 4-1 鑽孔來源及孔數………………………….………………… 99
表4-2液化分析鑽孔建置第一層表單(霧峰範例)………………... 100
表4-3液化分析鑽孔建置第二層表單(霧峰範例)…………….….. 101
表 4-4 各研究區之加速度值……………………………...……….. 103
表4-5霧峰亞新SPT鑽孔液化分析結果…………………………. 104
表4-6各研究針對霧峰鄉亞新鑽孔所作分析與現地調查之差異. 105
表4-7張益銘(2001)與本研究針對霧峰鄉所作調查之差異性比較
………………………………………………………………. 106
表4-8大村亞新、大合及水利署SPT鑽孔液化分析結果………. 107
表4-9 社頭亞新、大合及水利署SPT鑽孔液化分析結果….…… 108
表4-10 員林鎮亞新SPT鑽孔液化分析結果…………..…………. 109
表4-11 員林鎮水利署水利規劃試驗所SPT液化分析結果…..…. 110
表4-12 員林鎮大合SPT鑽孔液化分析結果……………………... 111
表4-13 員林鎮NCREE鑽孔液化分析結果……………………… 111
表4-14 霧峰鄉亞新CPT鑽孔液化分析結果…………………….. 112
表4-15 大村鄉亞新CPT鑽孔液化分析結果…………………….. 112
表4-16 社頭鄉亞新CPT鑽孔液化分析結果…………………….. 112
表4-17 員林鎮亞新CPT鑽孔液化分析結果…………………….. 112
表5-1 現地訪談之問卷格式………………………………...…….. 114
表5-2 復舊調查之資料庫系統……………………………………. 116
圖目錄 頁次
圖 1-1 研究流程圖 117
圖 1-2 研究區域位置圖 118
圖2-1 Seed et al.簡易法流程圖(修改自NCEER, 1997) 119
圖2-2 NCEER工作小組對Seed簡易法之液化強度曲線所作的
修正 120
圖 2-3 多位學者所建議之地震規模修正因子MSF之比較 120
圖 2-4 日本道路橋協會液化評估法流程圖 121
圖 2-5 新日本道路橋簡易經驗法液化評估流程圖 122
圖2-6 Tokimatsu and Yoshimi(1983)簡易法評估流程圖 123
圖2-7 CPT 正規化後之土壤分類圖(Robertson,1990) 124
圖2-8 I 與K 之關係圖(Robertson et al.,1998) 125
圖2-9 Robertson and Wride(1998)簡易法評估流程圖 126
圖 2-10 Olsen(1995)的土壤分類圖 127
圖 2-11 Olsen(1998)簡易法評估流程圖 128
圖 2-12a Tokimatsu 簡易砂土層震陷評估流程圖(飽和砂土層適用) 129
圖2-12b Tokimatsu 簡易砂土層震陷評估流程圖(乾燥砂土層適用) 130
圖2-13 體積應變、剪應力比與( )60 之關係 131
圖2-14 有效剪應變經驗曲線 132
圖 2-15 乾砂體積應變、反覆剪應變與修正後的SPT-N 值關係圖 133
圖 2-16 抗液化安全係數與體積應變之關係 134
圖 2-17 Ishihara 飽和潔淨砂土層簡易震陷評估流程圖 135
圖2-18 液化土層與非液化土層厚度之定義(Ishihara,1993) 136
圖2-19 判斷液化是否導致地表破壞之經驗圖 136
圖3-1 濁水扇洲表層顆粒分佈圖(取自陳文福,1996) 137
圖3-2 台灣中部地區地形圖 137
圖 3-3 霧峰SPT鑽孔位置圖與水系分佈圖 138
圖3-4 霧峰CPT鑽孔位置圖與水系分佈圖 138
圖3-5 霧峰地區東西向地質剖面圖 139
圖3-6 霧峰地區南北向地質剖面圖 140
圖3-7 霧峰地質柵欄圖 141
圖3-8霧峰鄉及大村、員林、社頭等地之液化災害分佈圖 142
圖4-1 霧峰之鑽孔位置圖 142
圖4-2 員林鑽孔位置圖 143
圖4-3大村鑽孔位置圖 143
圖4-4社頭鑽孔位置圖 144
圖4-5易液化土壤之粒徑分布範圍(日本土木工程學會,1973) 145
圖4-6霧峰鄉各鑽孔與災損點相關位置分布圖 146
圖4-7霧峰鄉Seed法計算之液化潛能與災損分布 146
圖4-8霧峰鄉Seed法計算之沉陷潛能與災損分布 147
圖4-9霧峰鄉地下水位高低與鑽孔及災損點分佈 147
圖4-10 大村鄉各鑽孔與災損點相關位置分布圖 148
圖4-11大村鄉Seed法計算之液化潛能與災損分布 148
圖4-12大村鄉Seed法計算之沉陷潛能與災損分布 149
圖4-13大村鄉地下水位高低與鑽孔及災損分布 149
圖4-14社頭鄉各鑽孔與災損點相關位置分布圖 150
圖4-15社頭鄉Seed法計算之液化潛能與災損分布 150
圖4-16社頭鄉Seed法計算之沉陷潛能與災損分布 151
圖4-17社頭鄉地下水位高低與鑽孔及災損分布 151
圖4-18員林鎮各鑽孔與災損點相關位置分布圖 152
圖4-19員林鎮Seed法計算之液化潛能與災損分布 152
圖4-20員林鎮Seed法計算之沉陷潛能與災損分布 153
圖4-21員林鎮地下水位高低與鑽孔及災損分布 153
圖4-22霧峰鄉Roberson&Wride法計算之液化潛能與災損分布. 154
圖4-23霧峰鄉Roberson&Wride法計算之沉陷潛能與災損分布. 154
圖4-24大村鄉Roberson&Wride法計算之液化潛能與災損分布. 155
圖4-25大村鄉Roberson&Wride法計算之沉陷潛能與災損分布. 155
圖4-26 社頭鄉Roberson&Wride法計算之液化潛能與災損分布. 156
圖4-27 社頭鄉Roberson&Wride法計算之沉陷潛能與災損分布. 156
圖4-28 員林鎮Roberson&Wride法計算之液化潛能與災損分布. 157
圖4-29 員林鎮Roberson&Wride法計算之沉陷潛能與災損分布. 157
圖4-30 社頭鄉之GIS展示 158
圖4-31 霧峰鄉之GIS展示 158
圖4-32 vs 關係圖(Ishihara et al.,1993) 159
圖4-33 液化層與覆土層(Ishihara et al.,1985) 160
圖4-34 液化層與覆土層(本研究) 160
圖4-35 以N 12判斷員林、大村、社頭之SPT鑽孔液化層與覆土層之關係圖161
圖4-36 以N 12判斷霧峰之SPT鑽孔液化層與覆土層之關係圖 162
圖4-37 霧峰鄉SPT鑽孔之液化層與覆土層之關係圖 163
圖4-38 霧峰鄉SPT與CPT鑽孔之液化層與覆土層之關係圖 163
圖4-39 霧峰鄉SPT與CPT與Ishihara et al. (1993)SPT鑽孔之
液化層與覆土層的關係圖 164
圖4-40 員林、大村、社頭地區與Ishihara et al. (1993)SPT鑽孔
之液化層與覆土層的關係圖 165
圖4-41 員林、大村、社頭地區CPT鑽孔之液化層與覆土層的關係圖 166
圖4-42 員林、大村、社頭地區與Ishihara et al. (1993)
SPT及CPT鑽孔之液化層與覆土層之關係圖 167
圖4-43 所有研究區域之SPT及CPT鑽孔與Ishihara et al. (1993)
SPT鑽孔之液化層與覆土層之關係圖 168
圖4-44 霧峰鄉SPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 169
圖4-45霧峰鄉SPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 169
圖4-46霧峰鄉CPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 170
圖4-47霧峰鄉CPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 170
圖4-48大村鄉SPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 171
圖4-49大村鄉SPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 171
圖4-50大村鄉CPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 172
圖4-51大村鄉CPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 172
圖4-52社頭鄉SPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 173
圖4-53社頭鄉SPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 173
圖4-54社頭鄉CPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 174
圖4-55社頭鄉CPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 174
圖4-56員林鎮SPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 175
圖4-57員林鎮SPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 175
圖4-58員林鎮CPT鑽孔覆土層厚度等高線分布圖 176
圖4-59員林鎮CPT鑽孔液化層厚度等高線分布圖 176
圖5-1 訪問調查之基礎型式所佔比例 177
圖5-2 訪問調查之結構型式所佔比例 177
圖5-3 訪問調查有花費修復及無花費修復之基礎型式所佔比例 177
圖5-4 訪問調查有花費修復及無花費修復之結構型式所佔比例 178
圖5-5 訪問調查修復情形所佔比例 178
圖5-6 訪問調查主要修復方法所佔比例 178
圖5-7 訪問調查樓層數之比例 179
圖5-8 有花費修復及無花費修復之樓層數所佔比例 179
圖5-9半筏基半基腳修復項目比例 179
圖5-10獨立基腳修復項目比例 180
圖5-11繫粱基腳基礎修復項目比例 180
圖5-12筏基基礎修復項目比例 180
圖5-13未知基礎型式修復項目比例 181
圖5-14半筏基半基腳之基礎型式修復項目比例 181
圖5-15獨立基腳基礎型式修復項目比例 181
圖5-16繫粱基腳基礎型式修復項目比例 182
圖5-17筏式基礎型式修復項目比例 182
圖5-18未知基礎型式修復項目比例 182
圖5-19沈陷量與建物高之關係 183
圖5-20沈陷量與建物平面尺寸之關係 183
圖5-21沈陷量與建物平面尺寸對液化層厚度做正規化後之關係 184
圖5-22 沈陷量對 正規化與建物高對平面尺寸正規化之關係 184
圖5-23沈陷量與基礎深度之關係 185
圖5-24 所有研究區域依各基礎型式調查之沈陷量 185
圖5-25 所有研究區域依各建物型式調查之沈陷量 186
圖5-26 SPT鑽孔現地訪問調查之沈陷量與震陷評估結果之關係 186
圖5-27 CPT鑽孔現地訪問調查之沈陷量與震陷評估結果之關係 187
圖5-28樓層數(建物高)與修復價錢之關係 187
圖5-29 每平方公尺之地板面積與修復總價錢之關係 188
圖5-30復舊型式與修復價錢之關係 189
圖5-31建物連棟情形與修復總價錢之關係 189
圖5-32 霧峰太子城堡地區修復價錢與距河遠近之關係 190
圖5-33 霧峰太子城堡地區與鴿鳥坑溪之地理位置圖 (本研究自行繪製) 190
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指導教授 李崇正(Chung-Jung Lee) 審核日期 2004-7-14
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